Konstrukcja montażowa to układ nośny instalacji fotowoltaicznej. Jej zadaniem jest przeniesienie wszystkich sił działających na panele – ich ciężaru, naporu śniegu i wiatru – na elementy budynku, które mogą je bezpiecznie przyjąć. Jednocześnie konstrukcja nie może osłabić tego, co już istnieje: szczelności pokrycia i nośności więźby.
Konstrukcja montażowa to układ nośny instalacji fotowoltaicznej. Jej zadaniem jest przeniesienie wszystkich sił działających na panele – ich ciężaru, naporu śniegu i wiatru – na elementy budynku, które mogą je bezpiecznie przyjąć. Jednocześnie konstrukcja nie może osłabić tego, co już istnieje: szczelności pokrycia i nośności więźby.
Panele pracują zwykle 25–30 lat. Przez cały ten czas konstrukcja jest wystawiona na zmienne temperatury, wilgoć i cykliczne obciążenia. Dlatego jej dobór nie jest wyborem z katalogu, lecz wynikiem analizy konkretnego obiektu. W kolejnych rozdziałach omówiono zjawiska fizyczne, które o tym decydują, oraz sposób, w jaki uwzględniamy je podczas audytu instalacji PV.
Obciążenia działające na konstrukcję
Konstrukcję projektuje się na sumę kilku rodzajów obciążeń. Każde z nich ma inne źródło i inaczej rozkłada się na połaci dachu.
Ciężar własny. Typowy panel o mocy około 450 W waży ponad 20 kg, co odpowiada mniej więcej 11–13 kg na metr kwadratowy połaci. Jest to obciążenie stałe i stosunkowo niewielkie, ale działa przez cały okres eksploatacji.
Śnieg. W Polsce obciążenie śniegiem określa norma PN-EN 1991-1-3, która dzieli kraj na strefy. Wartość charakterystyczna na gruncie wynosi od około 0,7 kN/m² w strefie najniższej do 2 kN/m² i więcej w terenach górskich. Panele zatrzymują śnieg, a przy okapie mogą powstawać jego zaspy, dlatego szyny i mocowania muszą przenieść nacisk prostopadły do połaci.
Wiatr. Obciążenie wiatrem (PN-EN 1991-1-4) działa w dwóch kierunkach: jako parcie dociskające panel i jako ssanie, które próbuje go oderwać. Ssanie jest największe przy krawędziach i narożach dachu. Z tego powodu liczba punktów mocowania nie jest dowolna – wynika z wysokości budynku, jego otoczenia i położenia paneli na połaci.
Rozszerzalność cieplna. Aluminium, z którego wykonuje się szyny, wydłuża się pod wpływem temperatury.
Miejsce montażu i geometria instalacji
Ilość energii wytwarzanej przez panel zależy od kąta, pod jakim pada na niego promieniowanie słoneczne. W warunkach polskich najwyższy roczny uzysk daje położenie zbliżone do kierunku południowego i nachylenie rzędu 30–40°. Odchylenie od tych wartości nie wyklucza instalacji, lecz zmienia jej profil pracy: połacie wschodnia i zachodnia dają nieco mniej energii w skali roku, ale rozkładają produkcję na poranek i popołudnie.
Rodzaj podłoża określa, którą z tych zmiennych można kształtować:
Typ montażu | Geometria | Sposób przeniesienia obciążeń |
|---|---|---|
Dach skośny | Panele równolegle do połaci – kąt i kierunek wyznacza dach | Szyny mocowane do konstrukcji dachu przez pokrycie |
Dach płaski | Kąt nadaje konstrukcja; często niewielki, ok. 10–15°, ze względu na wiatr | Docisk balastem lub kotwienie do stropu; wymaga sprawdzenia nośności stropu |
Grunt | Kąt i kierunek dobiera się swobodnie | Stelaż wbijany lub wkręcany w grunt; nośność gruntu ocenia Instalator |
Na dachu płaskim i na gruncie panele stoją w kilku rzędach, które mogą się wzajemnie zacieniać. Odstęp między rzędami dobiera się do niskiego położenia słońca w miesiącach zimowych – w południe w grudniu wznosi się ono w Polsce zaledwie na kilkanaście stopni nad horyzont.
Styk konstrukcji z pokryciem dachu
Pokrycie dachu pełni funkcję przegrody wodoszczelnej, a nie elementu nośnego. Mocowanie musi więc przejść przez pokrycie albo obok niego i przekazać siły głębiej, do konstrukcji dachu, nie naruszając przy tym szczelności. Każdy rodzaj pokrycia rozwiązuje ten problem inaczej, dlatego to właśnie pokrycie w największym stopniu determinuje typ mocowania.
Pokrycie | Zasada mocowania |
|---|---|
Dachówka ceramiczna i betonowa | Hak wsunięty pod dachówkę i przykręcony do krokwi; dachówka pozostaje nienaruszona |
Karpiówka | Hak o kształcie dostosowanym do płaskiej, zakładkowej dachówki |
Łupek | Hak przeznaczony do cienkich płytek łupkowych |
Blachodachówka, gont bitumiczny | Śruba dwugwintowa przechodząca przez pokrycie, uszczelniona podkładką EPDM |
Blacha trapezowa | Krótkie mostki przykręcane do blachy, przenoszące obciążenie na jej przetoczenia |
Blacha na rąbek | Uchwyt zaciskany na rąbku – bez przebijania blachy |
Papa, membrana (dach płaski) | Konstrukcja dociskana balastem lub kotwiona z obróbką hydroizolacji |
odłoże nośne pod pokryciem
Siły zebrane przez szyny trafiają ostatecznie do konstrukcji dachu. To jej materiał decyduje, czym mocowanie zostanie zakotwione i jak głęboko.
Podłoże | Sposób zakotwienia |
|---|---|
Krokwie drewniane | Wkręty w oś krokwi; najczęstszy układ w budownictwie jednorodzinnym |
Strop lub płyta betonowa | Kotwy do betonu |
Konstrukcja stalowa (płatwie) | Łączniki dobrane do profili stalowych |
Pełne deskowanie bez dostępu do krokwi | Rozwiązanie dobierane indywidualnie po oględzinach |
Rozstaw krokwi i ich przekrój wyznaczają miejsca, w których można osadzić mocowania. Jeśli właściciel nie zna budowy dachu, nie stanowi to przeszkody: Instalator ocenia ją podczas wizyty. Może się jednak okazać, że potrzebne są mocowania inne niż standardowe, co wydłuża czas przygotowania montażu.
Materiały i odporność na korozję
Konstrukcje dachowe wykonuje się przede wszystkim z aluminium i stali nierdzewnej. Aluminium jest lekkie i pokrywa się naturalną warstwą tlenku, która chroni je przed dalszą korozją. Haki, śruby i wkręty wykonuje się ze stali nierdzewnej, która zachowuje wytrzymałość w warunkach stałej wilgoci.
Połączenie dwóch różnych metali w obecności wody może wywołać korozję galwaniczną, w której jeden z nich ulega przyspieszonemu niszczeniu. Dlatego dobiera się pary materiałów o zbliżonym potencjale, a styki uszczelnia i izoluje podkładkami z gumy EPDM.
Kolor konstrukcji nie wpływa na jej wytrzymałość. Standardowe profile mają naturalny kolor aluminium. Przy panelach typu full black można zastosować konstrukcję czarną, która daje jednolity wygląd całej instalacji.
Rozmieszczenie paneli na połaci
Układ paneli wynika z wymiarów modułu podanych w karcie katalogowej, z ich liczby oraz z kształtu połaci. Na tej podstawie wyznacza się długość szyn, liczbę rzędów i punktów mocowania.
Stosuje się trzy podstawowe orientacje:
pionową, w której dłuższy bok modułu biegnie wzdłuż spadku dachu – najczęstszą na typowych połaciach;
poziomą, w której dłuższy bok biegnie wzdłuż okapu – korzystną na połaciach niskich i szerokich;
mieszaną, łączącą obie, gdy powierzchnię ograniczają okna, kominy lub nieregularny kształt dachu. Pierwszeństwo ma wówczas zmieszczenie zaplanowanej liczby modułów, a nie symetria układu.
Panele nie są rozmieszczane aż do samej krawędzi dachu. Strefy przy okapie, kalenicy i krawędziach bocznych są najbardziej narażone na ssanie wiatru, a pozostawiony margines ułatwia też serwis.
Z układem mechanicznym wiąże się układ elektryczny. Moduły połączone szeregowo w jeden łańcuch (string) powinny pracować w tych samych warunkach nasłonecznienia. Panele z połaci o różnej orientacji, np. wschodniej i zachodniej, łączy się więc w osobne łańcuchy, podłączone do oddzielnych wejść falownika.
Od teorii do praktyki: audyt i weryfikacja na miejscu
Opisane zjawiska przekładają się na konkretne pytania zadawane podczas audytu instalacji PV. Odpowiedzi właściciela budynku stanowią dane wejściowe do doboru konstrukcji, a Instalator potwierdza je w trakcie wizyty na obiekcie.
Zagadnienie | Ustalane w audycie | Weryfikowane przez Instalatora |
|---|---|---|
Typ montażu | Dach skośny, płaski lub grunt | Warunki na miejscu, w tym rodzaj gruntu |
Pokrycie | Rodzaj pokrycia i jego dobry stan techniczny | Stan pokrycia w miejscach mocowań |
Podłoże nośne | Krokwie, beton, stal, deskowanie lub „nie wiem” | Budowa dachu i rozstaw krokwi |
Panele | Model, liczba, liczba rzędów i orientacja | Wymiary połaci i ostateczny układ |
Dostęp do dachu | Możliwość bezpiecznego wejścia i podania paneli | Sposób transportu, w razie potrzeby podnośnik |
Instalacja o mocy powyżej 6,5 kWp wymaga dodatkowo zgłoszenia przeciwpożarowego. Niezależnie od mocy można zastosować przycisk PPOŻ, który pozwala straży pożarnej odłączyć instalację.
Przed audytem warto przygotować zdjęcia połaci, na których mają stanąć panele, ich orientacyjne wymiary, informację o rodzaju pokrycia oraz – jeśli to możliwe – zdjęcie więźby ze strychu lub projekt dachu.
Podsumowanie
Dobór konstrukcji montażowej to zadanie inżynierskie, w którym spotykają się mechanika, materiałoznawstwo i fizyka budowli. O ostatecznym rozwiązaniu decydują obciążenia klimatyczne w danej lokalizacji, rodzaj pokrycia i konstrukcji dachu, geometria połaci oraz wymagania elektryczne instalacji.
Dzięki temu, że większość tych informacji zbieramy już podczas audytu, a Instalator weryfikuje je na miejscu, konstrukcja jest dopasowana do budynku, zanim pierwszy panel trafi na dach.